Wat is de maximaal toegestane doorbuiging voor een 1,5 m lange PFA-verwarmer die alleen aan de bovenste flens wordt ondersteund?

De verticale PFA-verwarmer is een vrijdragende balk die uitsluitend op de bovenflens wordt ondersteund. Buigspanning veroorzaakt door zijn eigen gewicht. Axiale spanning genereert thermische uitzetting. Voor een 1,5 m lange verwarmer met een buitendiameter van 25 mm en een wanddikte van 2 mm bedraagt ​​de maximaal toegestane doorbuiging aan de punt (onderkant) voordat permanente vervorming of flensbreuk optreedt 15–25 mm. Deze doorbuiging komt neer op een tiphoek van 0,6-1,0 graden. Als de doorbuiging groter is dan 30 mm, heeft de PFA meegegeven of is de flens overbelast. De verwarmer is op bedrijfstemperatuur (door thermische uitzetting wordt deze enigszins rechtgetrokken) en vervolgens wordt de doorbuiging gemeten vanaf de verticale as. Voor verwarmingstoestellen langer dan 1,5 m dient u een middenoverspanning te voorzien. Veilige doorbuigingslimieten maken gebruik van een eenvoudige rekentechniek.

Doorbuiging van de vrijdragende verwarming
Voor een uniforme staaf met lengte L, gewicht W, buitendiameter D en modulus E, is de puntafbuiging δ=W × L 3/8 × E × I, waarbij I=π × (D 4 – d 4 )/64. Voor een PFA-verwarmer van 1,5 m (1500 mm): D=25 mm, t=2 mm (d=21 mm), gewicht ~ 2,5 kg (24,5 N) . E bij 100 graden ~ 350 MPa. I=(pi x (25^4-21^4)/64)=(pi x (390.625-194.481)/64)=(pi x 196.144)/64=3.14 x 3,060=9,630 mm^4 delta=(24,5 x 1500^3) / (8 x 350 x 9.630)=(24,5 x 3,375e9) / (8 x 3,37e6)=(8,27e10) / (2,70e7)=3,060 mm? 3 meter. Dat is niet denkbaar. De fout: het gewicht moet in N/mm zijn? Nee, de vergelijking is in consistente eenheden. L=1500 mm, W=24.5 N, E=350 N/mm^2, I=9,630 mm^4. B×L^3=24.5 × 3,375e9=8.27e10 N·mm^3. 8×E×I=8 × 350 × 9,630=8 × 3.370,500=26,964.000 N·mm^2. δ=8.27e10 / 2.70e7=3,063 mm=3 meter. Verkeerde PFA zou op de grond vallen. Fout: bij 100 graden is E=350 MPa=350 N/mm2 correct. Maar de formule levert δ op in mm. 3 meter is belachelijk. Laten we eens kijken: voor een stalen cantilever (E=200.000 MPa) met vergelijkbare afmetingen, δ=3,063 × (350/200.000) ≈ 5,4 mm. Dat is logisch. Voor PFA met E=350 MPa, δ=5.4 mm × (200.000/350)=5.4 × 571=3,085 mm. Ja, PFA is zo buigzaam dat een hengel van 1,5 meter onder zijn eigen gewicht 3 meter doorbuigt. Maar een PFA-verwarmer heeft een metalen kern (Incoloy, E~200.000 MPa) die de belasting opneemt. De metalen kern domineert de algehele stijfheid van het composiet. Voor een kern-OD=21 mm, ID=10 mm (typisch) I_core=0.0491 x (21^4-10^4)=0.0491 x (194.481-10.000)=0.0491 x 184,481=9,050 mm^4 E_core=200.000 MPa PFA draagt niet veel bij aan stijfheid. Samengestelde doorbuiging δ=WL 3 8 E-kern I-kern=8.27e10 8×200000×9050=8.27e10 8×1,81e9=8.27e10 1.45e10=5.7 mm . Dat is de echte afbuiging. Als het niet wordt ondersteund, zou de PFA zelf 3 meter doorbuigen. De metalen kern houdt hem recht. De doorbuigingslimiet wordt daarom bepaald door de PFA-metaalcontactspanning en niet door de PFA-stijfheid zelf.

Toegestane doorbuigingslimieten voor de lengte van de verwarmer
Lengte verwarmer (mm) Buitendiameter metalen kern (mm) Kernwand (mm) Berekende doorbuiging van de punt (mm) Max. toegestane doorbuiging (mm) Limietfactor 1,000 21 3 1.9 10 Flensspanning 1,200 21 3 3.0 12 Flensspanning 1,500 21 3 5.7 15 PFA-metalen interface
1,800 21 3 9.2 18 PFA-metalen interface 2,000 21 3 12.5 20 Kernbuiglimiet 1,500 25 4 3.6 20 Stijvere kern maakt grotere doorbuiging mogelijk 1.500 (voeg middenondersteuning toe) 21 3 0.7 (bij ondersteuning) 5 (tussen ondersteuningen) Ondersteuning voorkomt aanzienlijke doorbuiging
Wanneer doorbuiging een probleem is
Een doorbuiging van 10-20 mm (zichtbaar kantelen van de verwarmer) is acceptabel, maar meer doorbuiging resulteert in:

Flensscheuren: Buigmoment van de koude eindflens M=W × L/2 (ongeveer 18N-m voor een verwarmingselement van 1,5 m). Dit moment veroorzaakt een spanning op de PFA-flens. Het moment bij een doorbuiging van 25 mm neemt met 10-15% toe naarmate het massamiddelpunt van de verwarmer beweegt.

Delaminatie op het PFA-metalen grensvlak: wanneer deze wordt gebogen, staat de ene kant van de kern onder spanning en de andere onder druk. Het contact wordt vermoeid door cyclische buiging (vloeistofstroom, roeren).

Contact met de tankwand: Een afgebogen verwarmingselement > 30 mm kan de tankwand raken, wat een plaatselijke hotspot en het risico op elektrische kortsluiting veroorzaakt.

Voor tipdoorbuigingen van meer dan 25 mm voor een verwarming van 1,5 m is een geleidering in het midden-van de overspanning vereist (niet-klemmend, 2-3 mm speling) of een onderste steunbeugel. Voor echt lange verwarmingstoestellen bent u niet alleen afhankelijk van de flens.

Veldmeting
Meet de afwijking van de middellijn van de bovenste flens met een schietlood. Meet de horizontale afstand vanaf de middellijn van de tip tot de loodlijn. Vergelijk met de afstand halverwege-. Aanvaardbaar: puntverschuiving Minder dan of gelijk aan lengte/100 (15 mm voor een 1,5 m). Als de puntafwijking meer dan 20 mm bedraagt, zorg dan voor ondersteuning.

Conclusie: 15-25 mm Maximale doorbuiging voor 1,5 m heater
Voor een PFA-verwarmer van 1,5 m lang, die uitsluitend op de bovenflens wordt ondersteund, bedraagt ​​de maximaal toegestane tipdoorbuiging voordat prestatievermindering of flensbreuk optreedt 15-25 mm. De stalen kern neemt het gewicht op, waardoor de doorbuiging gering is (5-10 mm alleen al onder invloed van de zwaartekracht). Elke extra doorbuiging veroorzaakt door thermische uitzetting, vloeistofstroom of verkeerde uitlijning moet worden gecontroleerd. Doorbuiging/lengte=1/100 regel: doorbuiging<= length/100 . For 1.5 m it is 15 mm. If greater than 1.5 m, add mid-span supports. A few millimetres of deflection will do no harm. 25mm spells problems. Measure. Brace. Straighten. Your heater will stay true and last longer. The flange can only take so much. Help the others.